滚动球变换支持下的TIN-DDM地形特征线自动提取方法

针对传统规则格网数字高程模型地形特征线提取方法中存在阈值难以定量调控、连接方式无法自适应调整以及地形特征线类型不完整的问题,将滚动球变换模型应用于不规则三角网数字水深模型(triangulated irregular network digital depth model,TIN-DDM)地形特征线的自动提取,在构建临界滚动球半径关联的地形特征点定量识别判定准则基础上,引入地形形态边界点概念,采用逆向工程的建模思路,建立了以剖分单元为基础的地形特征线自动提取模型,结合地形类型判定准则的多尺度表达特性及顾及水深数值的地形特征优化模型,提出了可多尺度表达且类型完整的地形特征线自动提取方法。试验结果表明:相比于经典地表流水模拟方法,该方法可实现完整、连续且细分的TIN-DDM地形特征线自动提取及多尺度表达,且提取的地形特征线具有更高的地形重构精度。

基于UAV-SfM数字模型的滇中环状构造地表与地形特征分析

地表特征与自然灾害密切相关,对维护生态环境和深入了解地表演化过程及地质构造特征具有重要作用。通过无人机(Unmanned aerial vehicle,UAV)航测和运动恢复结构(Structure from motion,SfM)技术构建的高空间分辨率数字模型,在滇中环状构造地貌开展地表覆盖信息和地形特征的分布关系分析。结果表明:在裸岩、裸土和植被混合区域,从定性和定量分析中发现DeepLabv3+算法相比于RF算法在试验区地表覆盖信息提取中有较好的提取效果。点云经滤波得到地面点,选择交叉验证中均值误差和均方根误差最小的Kriging算法构建分辨率0.1 m的数字高程模型(Digital elevation model,DEM),解译一阶坡面、二阶坡面和复合坡面的多种地形因子,根据相关性分析选取6种地形因子构建了综合地形分析模型(Comprehensive terrain analysis model,CTAM)。经过分析地表覆盖信息中覆盖面积最大裸土、植被与地形的联系,CTAM中每个等级像元数量与总像元数量百分比中,Ⅱ级占比最高,为28.87%,Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ占比分别为18.39%、13.82%和17.29%。UAV-SfM技术能有效捕捉环状构造表面特征,可为该地区地质研究与资源管理提供技术手段和科学依据。

基于DEM地形特征因子的海原断裂带中东段构造活动性分析

海原断裂带是中国西北地区重要的活动断裂带,也是青藏高原东北边界的重要组成部分。海原断裂带活动性研究对深入了解青藏高原东北缘构造格局和第四纪构造地貌具有重要意义,对于地质灾害预测和地质风险评估也有很大的参考作用。本次研究基于数字高程模型(DEM)数据,利用ArcGIS软件对该段各流域的地貌参数进行提取计算,定量获得该段各流域的地貌形态特征,最后对研究区的相对构造活动性程度进行分析。面积-高程积分(HI)表明断裂带两侧的地形梯度差异显著,断裂带及其南侧盆地坡度更大,山地更陡峭,地貌侵蚀作用也更强。流域盆地不对称度(AF)表明研究区内海原断裂带中东段由西至东发生掀斜的程度越来越小,流域盆地的形态也从不对称向对称变化。盆地延伸率(Re)则显示断裂北侧盆地的狭长程度要明显高于断裂南侧,但更倾向于由于早期构造活动或者地壳停止运动后的缓慢调整和变形造成。标准化坡降指数(SL)结果显示断裂带南侧河流坡降较大,北侧则较小;经过断裂的流域SL值中,王滩-黄鼠滩段(西段)明显要高于其他段,表明此段的地貌演化的活跃程度明显更高。地震活动则显示断裂东段地震更为密集,但西段受哈斯山段复杂的断层-褶皱系统影响较大,因此综合地形特征因子的分析结果,可以推断海原断裂带中东段存在断裂活动性差异。南侧地形陡峭、起伏较大且河流发育良好,表明该区域可能存在较活跃的构造活动,而北侧地形相对平缓、河流发育较弱以及较小的坡降指数,则表明该区域可能存在较弱的构造活动。

顾及地形特征的复杂度通用模型定量研究

地形复杂度是数字地形分析的重要参数,目前缺少统一的标准,故提出一种通用地形数字化描述模型。选取15个典型地貌试验区,利用DEM计算坡面地形因子的亲疏程度,筛选出最佳模型参数;通过因子分析确定权重,进而构建地形复杂度模型;结合不同地形的模型对比及综合地貌可视化,说明地形复杂度模型的准确性及普适性。实验结果显示地形复杂度与地形特征存在较强的关系:TCI<0.1呈平原或盆地地形,0.1≤TCI<0.8呈丘陵地形,0.8≤TCI<1.8呈高原地形,TCI≥1.8呈山地地形。通过实验验证,表明了地形复杂程度与海拔高度和山地尺度之间存在一定程度的正相关关系。此外,本研究为地形地貌研究、生态环境影响和区域发展评价提供了实用指导。

课堂教学评价量表的构建研究——以“地形特征”为例

在地理课堂中有效运用地理学习主题的方法论有助于教师更好开展教学,更有助于发展学生的地理学科核心素养。本文通过比较分析初中地理教材和大学地理教材、地理学著作两类图书对地形特征表述的异同点,总结归纳地形特征学习主题的教学方法,设计地形特征课堂教学评价量表,为评价教师课堂教学水平提供参考。

基于微地貌形态学特征的地形特征线提取研究

地形特征线是地形地貌和地质灾害研究中重要的区域分界线,通常使用ArcGIS软件进行提取。针对传统方法提取的地形特征线后续处理过于烦琐,算法适用性较窄等问题,以图像处理技术为手段,提出了一种以高分辨率格网数字高程模型(DEM)为基础数据提取地形特征线的新方法。该算法结合形态学特征,参考地形特征线的几何形态,把线段从微地貌的角度分解成多种构型,并应用到提取过程中,同时优化已有方法,能够快速提取出特征线。结果表明,提取的特征线基本吻合实际地形特征线,还可提取水库边缘和大型宽谷等平坦地形边缘。相较于其他算法,该方法提取效率得到提升,在解决传统方法出现的问题上提出了新的方向。

基于遗传——蚁群算法的农田微地形特征土方调配路径研究

近年来极端天气与自然灾害频发,导致农田损毁,造成农田内部出现微地形特征(凸起特征及洼地特征),影响耕作。针对上述问题,基于高精度农田数字地形模型,通过遗传—蚁群算法提出一种规划农田微地形特征土方调配路径的方法。首先,基于航拍图像获取高精度农田数字地形模型,根据地形因子综合隶属度提取16个凸起特征和9个洼地特征,并分别计算挖填方量为0.885 m^(3)和0.884 m^(3)。其次,以土方量调配成本为决策目标,建立挖、填方区域为路径搜索节点,利用蚁群算法获得初始可行解,通过遗传算法中的适应度函数对解进行初步优化,最后,根据交叉操作和变异操作对解进行二次优化,获得最优土方调配路径。结果表明,该方法经232次迭代获取全局最优解,相较于传统蚁群算法调配成本下降2.1%。为精准平整农田微地形特征作业提供方法支持。

福建深沪湾砂质海岸地形地貌特征及自然灾害承灾能力研究

砂质海岸是滨海湿地生态系统类型之一,具有重要的生态服务功能,同时也易受到人类活动和全球气候变化的影响。2022年9月和12月在福建深沪湾砂质海岸布设10条调查剖面,开展秋冬两个季节的砂质海岸地形、地貌特征观测以及沉积物粒度测定,基于砂质海岸资源禀赋评估指标、自然灾害承灾能力评估指标以及相应的分级等级赋值,对福建深沪湾砂质海岸自然资源禀赋和自然灾害承灾能力进行了综合评估。深沪湾秋季沙滩潮间带宽度150~800m,冬季为150~950m,总体呈中间窄两边宽趋势,潮间带坡度总体较缓。与秋季相比,冬季高程、干滩宽度和潮间带宽度均有所增加。2条沉积物粒度特征调查剖面的滩肩区成分均为砂,高潮区沉积物成分均为砂和砾石,中潮和低潮区主要成分为砂和粉砂,但秋季和冬季组分存在差异。深沪湾砂质海岸海滩总体自然资源禀赋较好,但由于受到向海开阔度、相对潮差等因素的影响,自然灾害承灾能力不高。研究成果可为掌握福建深沪湾砂质海岸地形、地貌基本特征提供了第一手基本数据,为提升福建深沪湾砂质海岸海滩自然资源禀赋、自然灾害承灾能力以及砂质海岸保护修复提供技术支撑。

基于多源点云数据集成的河道地形特征提取与变化监测

基于多源点云数据集成的技术,对河道地形特征进行提取与变化监测。通过融合不同来源的点云数据,实现了对河道地形的高精度建模,并提取出了河道的地形特征,如宽度、深度、坡度等。同时,利用上述特征对河道的地形变化进行监测,为水利工程、水资源管理和环境保护等领域提供重要的数据支持。

基于地形特征复杂度的机载LiDAR点云数据抽稀算法研究

针对机载激光雷达(LiDAR)获取的点云数据量大、存储占用多、处理效率低等问题,本文设计了一种基于地形特征复杂度的点云数据抽稀算法,对曲率、坡度、高程标准差、点密度等地形特征参数进行主成分分析,并根据地形影响权值计算地形复杂度,确定局部区域抽稀点域,以剔除冗余点云数据。试验结果表明,与基于点云数据后处理软件系统的抽稀算法相比,本文算法在合理抽稀的基础上,保留了数据地形特征点,保证了数据成果精度,提高了数据处理与存储效率。

台湾岛以东海域海底地形特征及其构造控制

基于2000年5～6月在台湾岛以东海域调查获得的多波束全覆盖测深等地质和地球物理资料，对该海域海底地形特征进行了研究，探讨了构造对海底地形的控制作用及其构造地质意义．研究表明，琉球岛弧岛坡区和琉球海沟表现为典型的西太平洋沟-弧-盆体系控制下的构造地形；台湾岛东部岛坡等深线近南北向平行密集排列，地形坡度大，弧陆碰撞造就了该区独特的地形特征；花东盆地海底峡谷发育，其形成主要受基底起伏和走滑断裂的控制；加瓜海脊东西两侧水深和地形特征明显不同，但其基底可能属于花东盆地，加瓜海脊的东侧对应了两个不同性质板块的边界；西菲律宾海盆表现为北西向线状脊-槽相间排列，并遭受北东向转换断层的切割，根据海底地形、转换断层和磁异常条带的方向推测，研究区海底形成于距今60～45Ma的西菲律宾海盆北东-南西向扩张期．

基于多波束声呐的人工鱼礁区地形特征分析

建设人工鱼礁(Artificial Reef,AR)是恢复和养护近海渔业资源的重要措施。尽管中国沿海各地人工鱼礁规模宏大,但对于鱼礁投放后的监测明显不足。传统调查方法存在效率低、成本高等缺点,多波束测深系统(Multibeam Echo Sounder,MBES)为探测鱼礁区地形地貌提供了一种有效的技术手段。本文利用高分辨率的多波束测深系统,获取礁区详细的测深数据,快速确定鱼礁位置、形态等信息;应用地形分析工具提取地形变量(坡度、曲率、粗糙度、地形耐用指数及地形起伏度),分析投石后海底地形特征。研究表明,礁石投放后海底地形发生显著变化(水深5~10 m),礁石发生沉降现象(下沉深度约0.45 m),礁石周围出现冲淤地形(礁石堆高1.65 m,影响范围5 m左右)。分析人工鱼礁引起的微地形地貌的变化,可以为鱼礁的监测与效果评估工作提供一种新的技术方法,具有较强的现实意义。

不同精度DEM流域地形特征提取分析及坡度误差控制研究

以北京密云水库牛河流域为试验区,对该流域4种精度DEM提取的流域地形值进行分析,并基于此对不同精度DEM所提取的坡度值进行了误差量化控制,运用曲线回归方法,建立了坡度损失拟合方程系。试验证明,该方法对坡度误差控制较好,具有较大的应用价值。

珠穆朗玛峰东绒布冰川厚度测量与地形特征分析

冰川地形特征的研究是构建冰川流动模型的基础.根据探地雷达获取的冰川厚度数据(2009年)和1∶5万地形图(1974年),得到沿珠穆朗玛峰东绒布冰川主流线的冰厚度分布以及5条冰川槽谷的形态特征.结果表明:沿东绒布冰川主流线的平均表面坡度约为0.08,平均厚度约为190m,最大厚度约为320m(海拔6 300m);在1974—2009年间沿冰川主流线冰厚度平均减薄约30m;东绒布冰川表碛覆盖区与白冰区尚未分离,目前很可能是一条停滞冰川,冰川末端位于海拔5 540m附近(下游方向);东绒布冰川槽谷形态接近于V型,而不是U型(b指数变化范围约为0.7～1.3).

突变地形特征在DEM上的表达

黄土高原南部高塬沟壑区的地形,存在比较明显的塬边线和沟缘线等突变地形特征线,而这种地形特征在DEM表面的表达却缺乏必要研究。选长武县为研究区,将1∶50 000地形图(等高线、高程点和河流等专题层)及其手工提取的地形特征线(塬边线、沟缘线和坡脚线)数字化;利用多要素构TIN方法和Hutchinson插值方法,分别在有无地形特征线参与的情况下建立10m分辨率规则格网的DEM;利用地图代数运算和频率统计等方法,比较分析所建DEM表面的高程、坡度和剖面曲率等地形属性特征。结果表明:在ANUDEM插值(Hutchinson算法)情况下,地形特征线的参与,可显著改善DEM对地形特征的表达,既避免了平三角,又兼顾了地形的光滑和连续性特征;而在构TIN建立DEM的情况下则无明显影响。

基于格网DEM线状分析窗口的地形特征线快速提取方法

提出基于正交条带状分析窗口及DEM数据,实现地形特征线快速提取的方法。通过在黄土丘陵区的实验显示,该方法与现有的方法相比具有提取方法简单、精度高、栅格矢量数据格式间转换较为方便的特点。

基于等高线提取地形特征线的研究

借助约束Delaunay三角网,研究了两种从等高线数据提取地形特征线的方法。给出了两种方法的实现过程,讨论了实验结果的异同,并分析了存在差异的原因。

重庆山地都市区1985-2010年土地利用变化地形特征分异研究

随着城市化的不断推进,在低强度土地利用类型逐步向高强度土地利用类型转移的过程中,土地利用受地形因子的制约性越显突出。以重庆山地都市区为例,利用TM数据和DEM数据,综合研究分析1985—2010年间重庆都市区的各类用地在高程、坡度以及地形位不同地形因子中的分布变化过程。研究表明:重庆都市区各用地类型在不同地形因子等级下分异性特征显著,各地形因子等级中土地利用随时间变化的规律性特征明显。近25a来,重庆都市区高强度土地利用类型主要分布在500m高程以下的平地和400m高程以下的低缓坡,结构相对稳定;在500～1 200m的平地、400～600m的低缓坡以及500m以下的高缓坡区域内耕地、林地、建设用地、草地等土地利用类型空间竞争态势明显,人地矛盾突出,是协调人地关系的核心区域;重庆都市区内的陡坡、500m以上的高缓坡以及600m以上的低缓坡内的草地、林地面积减少,土地利用将对生态环境产生严重影响,应作为重庆都市区土地利用的重点监测对象。文章旨在为重庆都市区土地利用的合理规划提供参考。

基于多波束数据的南海海盆洋壳区海山地形特征

利用全覆盖的多波束数据,聚集南海海盆洋壳区,统计分析了海山的地形特征,并展示了典型海山和海丘的地形。统计结果表明,研究区发育高差1 000m以上的海山约46个,高差1 000~500m的海丘约90个,高差500~200m的海丘约100个。多波束数据揭示了海山和海丘更加精细的形态特征,如部分海山和海丘顶部保留的火山口形态。同时,发现研究区众多海山和海丘一侧山坡为陡峭的断面,推测为一系列的小断裂切割形成。基于海山和海丘的地形断面分布特征探讨了中南断裂的位置,推测中南断裂可能是由两组南北向平行的断裂及中间区域组成的断裂带。

新疆草地土壤厚度及与地形特征的相关性

使用传统野外土壤调查的方法,2011~2013年在新疆不同草地类型区调查了577个典型样地的土壤剖面。按照《全国水土保持区划》,比较了新疆不同水土保持区的土壤厚度。运用GIS技术和相关分析的方法,探讨了海拔、坡度、坡向、平面曲率和剖面曲率等5个地形特征参数与土壤厚度之间的相关性。结果表明：新疆草地平均土壤厚度为68.9cm,348个样地的土壤厚度〈100cm,占样地总数的60.3%,表明新疆草地土壤总体较薄。各水土保持区中,土壤厚度最高的是塔里木盆地南部,最低的是吐哈盆地,这可能与成土母质类型有关。在坡度〉15°或者海拔在1000~1500m之间时,草地土壤的厚度通常较低。在新疆自治区尺度,5个地形特征指标与土壤厚度的相关性均不显著。但在塔里木盆地北部,海拔、坡度和坡向与土壤厚度相关关系均为极显著（P〈0.01）,表明在较小的地貌单元建模,有望提高土壤厚度的预测精度。